基于matlab实现双路音频信号的AM调制与解调

Posted 2023-03-31 AnthonyBridge

文章目录

• 一、代码解析
• 二、滤波器的设置
• 完整代码分享

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一、代码解析

使用audioread读取音频信号，将采样率设置为100kHz，并利用awgn函数为信号添加高斯白噪声。

%% 读取信号添加高斯白噪声并播放
fs1=1e5;  %设定采样率为100kHz
[x1,fs] = audioread('xiaomi1.wav');    % 输入第一路信号
x1=resample(x1,fs1,fs); %对采样率进行调整
fs=fs1;
snr=20;  % 设置告诉白噪声与信号的信噪比
px_dBW=0; %信号指定功率
x1=awgn(x1,snr,px_dBW); % 调用awgn函数为信号添加高斯白噪声

[x2,fs] = audioread('xiaomi2.wav');   
x2=x2*4; %对第二段音频本身响度低，响度进行增强
x2=resample(x2,fs1,fs);
fs=fs1;
x2=awgn(x2,snr,px_dBW); 

分别绘制两路音频信号的时频域图。

%% 绘制信号时域和频域图
figure(1);
subplot(221);
N1=length(x1);
N2=length(x2);
N=max(N1,N2); %取两路信号中较长的那路长度作为下面信号操纵的长度，保证信号长度一致
x1=[x1;zeros(N-N1,1)]; %对较短的信号进行补零
x2=[x2;zeros(N-N2,1)];
t=(0:N-1)/fs;% 计算时间坐标
plot(t,x1);
xlabel("时间");
ylabel("幅度");
title("第一路信号时域图");
subplot(223);
y=abs(fftshift(fft(x1))); %快速傅里叶变换的幅值
f=(0:N-1)*fs/N-fs/2;  %将横坐标转化，并对齐零点，显示为频率f
plot(f,y);
xlabel('频率'); 
ylabel('幅度'); 
title("第一路信号频域图");

subplot(222);
plot(t,x2);
xlabel("时间");
ylabel("幅度");
title("第二路信号时域图");
subplot(224);
y=abs(fftshift(fft(x2))); %快速傅里叶变换的幅值
plot(f,y);
xlabel('频率'); 
ylabel('幅度');
title("第二路信号频域图");

结果如下：

设置两路不同频率的载波，这里设置频率分别为35kHz和25kHz，载波频率可以根据需要进行更改，但是注意需要满足奈奎斯特采样定理，即信号频率不能超过采样频率的1/2，我们在开始设置了采样频率为100kHz，所以我们整个操作过程中所有频率的信号都不能大于50kHz。

%% 配置载波
f1=3.5e4; %第一路载波
y1=sin(2*pi*f1*t);
f2=2.5e4; %第二路载波
y2=sin(2*pi*f2*t);

对音频信号进行AM调制，并显示调制后信号的时频域图。

%% 用AM调制方式将信号分别叠加到载波上
x1=x1+1;
z1=x1.*y1';
figure(2);
subplot(221);
plot(t,z1);
xlabel("时间");
ylabel("幅度");
title("第一路信号与载波叠加的时域图");
subplot(223);
y = abs(fftshift(fft(z1))); %快速傅里叶变换的幅值
plot(f,y);
xlabel('频率'); 
ylabel('幅度'); 
title("第一路信号与载波叠加的频域图");

x2=x2+1;
z2=x2.*y2';
subplot(222);
plot(t,z2);
xlabel("时间");
ylabel("幅度");
title("第二路信号与载波叠加的时域图");
subplot(224);
y = abs(fftshift(fft(z2))); %快速傅里叶变换的幅值
plot(f,y);
xlabel('频率'); 
ylabel('幅度'); 
title("第二路信号与载波叠加的频域图");

结果如下：

两路信号在空间中直接进行混叠。

%% 信号在空间中叠加
z=z1+z2;

接收到信号后，利用滤波器滤出两路载波，这里设置截止频率均为30kHz的切比雪夫二型滤波器，分别为低通和高通。滤波器函数生成方法见后文。

%% 信号分离
z1=filter(Chebyshev_two_high_15_100000_30000,z); %以30kHz为界，分开两路信号
z2=filter(Chebyshev_two_low_15_100000_30000,z);

对滤出的两路信号分别进行相干解调，因为经过了调制和解调后，信号的幅度和中心点会发生偏移，这里进行调整，将信号中心重新放回0上，并将最大幅度调整为1，即与最开始输入的音频信号保持一致。
相干解调后，信号频谱再次搬移，会得到分别得到中心频率为0和2倍载波频率的共3路信号，使用低筒滤波器滤除载波信号，仅保留中心频率为0的信号（即为需要的音频信号）。使用低通滤波器依然为切比雪夫二型。并绘制最终解调恢复的两路音频信号的时频域图。

%% 相干解调
r1=z1.*y1'; %对第一路信号使用相干解调方法进行解调
r1=2*(r1-0.5); %中心回归零位并调整与原信号幅度一致
r1=filter(Chebyshev_two_low_10_100000_20000,r1); %设计切比雪夫二型低通滤波器进行滤波，滤除载波信号，保留音频信号
figure(3);
subplot(221);
plot(t,r1);
xlabel("时间");
ylabel("幅度");
title("解调出的第一路音频时域图");
subplot(223);
z = abs(fftshift(fft(r1))); %快速傅里叶变换的幅值
plot(f,z);
xlabel('频率'); 
ylabel('幅度'); 
title("解调出的第一路音频频域图");

r2=z2.*y2'; %对第二路信号使用相干解调方法进行解调
r2=2*(r2-0.5); %中心回归零位并调整与原信号幅度一致
r2=filter(Chebyshev_two_low_10_100000_20000,r2); %设计切比雪夫二型低通滤波器进行滤波，滤除载波信号
subplot(222);
plot(t,r2);
xlabel("时间");
ylabel("幅度");
title("解调出的第二路音频时域图");
subplot(224);
z = abs(fftshift(fft(r2))); %快速傅里叶变换的幅值
plot(f,z);
xlabel('频率'); 
ylabel('幅度'); 
title("解调出的第二路音频频域图");

结果如下：结尾设置对解调音频的播放，可以用以比较解调出的音频信号与原始音频信号。

%% 暂停等待播发，按任意键结束程序
sound(r1,fs); %播放解调出的第一路音频
pause;
clear sound
sound(r2,fs); %播放解调出的第二路音频
pause;
clear all

二、滤波器的设置

可以在命令行输入fdatool打开，也可以从下面的方法进入。
进入matlab，选择APP，注意这里的路径需要为matlab安装目录下的bin文件夹，不然有可能报错。

在APP下拉菜单里面找到“信号处理与通信”里面的“Filter Designer”，点击打开

打开后在如下图所示的界面中第一栏可以选择滤波器类型（低通、高通、带通等）以及滤波方法（巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等），每种滤波方法特性不一样。第二栏指定滤波的阶数，可以指定也可以采用系统给出的最小阶数。第三栏设置采样频率和截止频率。第四栏一般不管。
如下图设置为低通、切比雪夫二型、15阶、采样48000Hz、截止12000Hz的滤波器，选定参数后，点击最下方的Design Filter可以显示当前滤波器的特性曲线，点击上方状态栏的不同图标可以更换去向类型。

将滤波器导出为函数，点击左上角File按钮，如下图选择，即可导出.m格式的Function文件，保存到同一文件夹下，就可以进行调用。使用filter函数调用，示例如下：

z1=filter(Chebyshev_two_high_15_100000_30000,z); %以30kHz为界，分开两路信号

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完整代码分享

双路音频信号的AM调制与解调

MATLAB实现am信号调制与调解

高分求助 高手
我已经把调制信号和标准信号载波信号用MATLAB编了下 我想加大噪声和小噪声怎么编呢
程序% 标准调幅 AM
clear all;
clc;
echo on
t0=0.15; %定义信号持续时间
ts=0.001; %定义仿真时的信号采样率
df = 0.3; %频谱分辩率
fc=250; %载波频率w
A=2 %定义载波幅度
t=[0:ts:t0]; %定义时间矢量
m=sin(50*pi*t); % 传输的信号
c=A.*cos(2*pi*fc.*t); %载波信号
u=(1+m).*c; %调制信号
%=== === == ==消息信号的频谱

figure
%消息信号时域显示
plot(t,m(1:length(t)))
title('调制信号')
axis([0 0.15 -3 3])
figure %调制载波实域显示
plot(t,c(1:length(t)))
title('载波信号')
axis([0 0.15 -3 3])
figure %调制信号实域显示
plot(t,u(1:length(t)))
title('AM原始信号')
axis([0 0.15 -3 3])
%==========AM 相干解调==========
v=u.*c % 解调出的信号
figure
plot(t,v(1:length(t))) %显示
title('未滤波的信号')
axis([0 0.15 -3 3])
figure
b=ones(1,10)/10;
y1=filtfilt(b,1,v);
plot(t,y1(1:length(t)))代码：
这是实现调制信号和标准信号载波信号的代码 希望高手能帮助我继续编写加大噪声和小噪声 运行如果正确我再追加80分

参考技术A u=(1+m).*c; %调制信号
%先产生高斯噪声，方差为1
n = randn(size(u));
% 确定噪声标准差，控制噪声的大小，如0.01，0.1等
sigmaU = 0.1;
u = u + n*sigmaU;

%=== === == ==消息信号的频谱
blabla